Descrizione del modulo "MD.P02.013.001 Applicazioni interdisciplinari della meccanica statistica in sistemi complessi di origine fisica e biologica (MD.P02.013.002)"

Type
Label
  • Descrizione del modulo "MD.P02.013.001 Applicazioni interdisciplinari della meccanica statistica in sistemi complessi di origine fisica e biologica (MD.P02.013.002)" (literal)
Tematiche di ricerca
  • Nel 2010 è subentrato un nuovo ricercatore (A. Baldassarri), ampliando ultiriormente lo spettro di interessi interdisciplinari che comprendono PROBLEMEMATICHE FISICHE: Proprieta' di equilibrio e non-equilibrio dei sistemi vetrosi (vetri di spin e vetri strutturali) e piu' in generale di sistemi di agenti eterogenei interagenti. Sistemi dinamici complessi: mezzi granulari, sistemi con fluttuazioni e rumori crackling, turbolenza e trasporto. Analisi della relazione tra proprieta' statiche e dinamiche in sistemi complessi. Definizione di algoritmi e tecniche sperimentali innovative per lo studio dei sistemi complessi. PROBLEMATICHE BIOLOGICHE: studio sia sperimentale che teorico di fenomeni collettivi nel comportamento di animali, insetti e robot; protein folding e di modelli coarse-grained per le proteine e per il loro trasporto in vitro (traslocazione); dinamica e genetica delle popolazioni con modelli ad agenti, processi stocastici con una trattazione meccanico statistica; interazione tra mobilità e trasporto (microorganismi acquatici). PROBLEMI INTERDISCIPLINARI: sistemi ad agenti in economia o modelli per le scienze sociali. (literal)
Competenze
  • Negli ultimi anni, ciascuno dei partecipanti alla commessa ha svolto ricerca con successo studiando sistemi complessi di diversa origine. Nello specifico le linee di ricerca svillupate dai vari partecipanti riguardano lo studio dei liquidi, dei vetri strutturali e di spin, dei sistemi dinamici, dei sistemi con rumore \"crackling\", dei sistemi turbolenti e granulari, dei sistemi ad agenti interagenti in ecologia (stormi e dinamica delle popolazioni) ed economia (mercati), e dei sistemi biologici (proteine). I ricercatori della commessa hanno una grande esperienza sia in metodi di indagine analitici, sia numerici. Alcuni dei componenti hanno inoltre sviluppato una forte esperienza sperimentale per l'indagine di sistemi biologici (progetto STARFLAG) sul moto collettivo degli uccelli e nell'ultimo anno sugli insetti, inoltre un nuovo settore sperimentale è stato iniziato nel contesto dei mezzi gnanulari. Il punto di forza della commessa che ha, come dal titolo, una forte connotazione interdisciplinare deriva proprio dall'eterogenita' delle esperienze pregresse dei partecipanti e dal forte spirito di collaborativo tra gli stessi. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Le innovative techniche di risoluzione stereoscopica utilizzate nell'ambito del progetto sul comportamento collettivo sono potenzialmente utilizzabili in ambito tecnico-industriale, per il rilevamento di profili e superfici a distanza, in alternativa al piu' dispendioso metodo laser-scan e per lo sviluppo di cluster di device con comportamento collettivo distribuito. Inoltre, la determinazione di algoritmi per il controllo di sciami artificiali di robot, puo' trovare impiego per vari scopi tecnologici, tra i quali: perlustrazioni ambientali da parte di sciami di unita' sottomarini; attivita' di sciami di UAV (unmanned aerial vehicles). (literal)
Obiettivi
  • 1. Migliorare la comprensione dello studio delle proprieta' di sistemi vetrosi e liquidi sottoraffreddati. 2. Migliorare la comprensione della dinamica del non-equilibrio in sistemi dinamici complessi come la turbolenza sviluppata o i mezzi granulari. 3. Migliorare la comprensione dell'interazione tra motilità di microrganismi acquatici e trasporto da parte del fluido in cui vivono. 4. Analisi sperimentale e teorica dei meccanismi che regolano il comportamento collettivo nei vertebrati e negli artropodi, con applicazioni alla robotica. 5. Sviluppo di tecniche numeriche per lo studio delle proteine specificatamente per il problema del folding, dei modi funzionali, e della traslocazione. 6. Sviluppo di modelli stocastici per i sistemi con rumore crackling. 7. Sviluppo di tecniche teoriche e numeriche per lo studio di modelli di dinamica e genetica delle popolazioni. (literal)
Stato dell'arte
  • Negli ultimi anni si e' assistito ad un consistente utilizzo di concetti e metodologie derivanti dalla meccanica statistica di equilibrio e non-equilibrio in diversi ambiti sia in fisica che in biologia o in altre aree interdisciplinari quali la scienza dell'informazione, l'economia o le scienze sociali. Questo sforzo viene spesso condotto in modo scarsamante sistematico, e con forte separazione fra gli aspetti teorico-computazionali e quelli empirici. Al contrario, il progetto scientifico della commessa consiste in un approccio integrato teorico-numerico-empirico. Nello specifico, la commessa si propone di affrontare con i metodi della meccanica statistica problemi emergenti in sistemi complessi principalmente di origine fisica e biologica. Esempi di questo programma sono: fisica dei sistemi disordinati, dinamici e granulari; sistemi granulari sottoposti a lenti stress di taglio e caratterizzati da rumore \"crackling\" ecologia teorica e population dynamics; metodi teorico-computazionali per lo studio delle proteine; modelli economici, finanziari e sociali; comportamento collettivo distribuito in gruppi di animali e/o sistemi cibernetici complessi. (literal)
Tecniche di indagine
  • L'analisi dei sistemi vetrosi, granulari e dinamici combina la teoria con esperimenti numerici e simulazioni. Nell'ultimo anno A. Puglisi ha completato l'installazione di un laboratorio per lo studio sperimentale di sistemi granulari, basato sull'analisi di immagini (tramite telecamera veloce) del moto di particelle granulari eccitate da un piatto oscillante. L'analisi dei sistemi biologici, come le proteine, ed ecologici richiede l'utilizzo di metodi analitici della meccanica statistica e metodi numerici avanzati, in particolare metodi Montecarlo, dinamica molecolare e tecniche simulative per individual based models. Nell'ambito della ricerca sul comportamento collettivo e' presente una consistente attivita' sperimentale, che usa prevalentemente techniche stereografiche e di computer vision. In particolare, si e' messa a punto una tecnica trifocale per la ricostruzione 3D di posizioni e traiettorie di singoli individui in sciami di insetti e stormi di uccelli. (literal)
Descrizione di

Incoming links:


Descrizione
data.CNR.it